以反應曲面法探討燭心鑽對碳纖維複合材料鑽削之研究

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1、以反應曲面法探討燭心鑽對碳纖維複合材料鑽削之研究曹中丞大華技術學院自動化工程系摘要-鑽削是常見於結構物件製孔的加工方法。本研究旨另一方面，田口方法品質工程試驗已是一種普遍解決在以不同鑽頭直徑之燭心鑽與鑽削條件，配合反應曲面法，對問題的工具，且已成功的被應用在不同的加工生產領域鑽削碳纖維複合材料之鑽削推力預測為指標。由所得之變異數[12-14]。同時，Ugo等人提出結合田口方法與多目標最佳分析結果顯示，進給速率與鑽頭直徑有顯著的影響。同時從驗化準則，來選擇無脫層鑽削碳纖維複合材料之參數[15]。證結果顯示，反應曲面法預測之鑽削推力最大誤差百分比為此外，利用統計技術之直交表(

2、OrthogonalArrays，OA)與14.0，顯示二階多項式反應曲面迴歸方程式，對燭心鑽鑽削碳纖變異數分析(AnalysisofVariance，ANOVA)，已被使用在維複合材料之鑽削推力預測，有不錯的預測能力。加工參數對複合材料切削的研究[16-18]。Tsao與Hocheng則利用田口方法，發表不同型式鑽頭對碳纖維複合材料鑽削脫層因子之預測與比較[19]。另外，反應曲面法I.前言(ResponseSurfaceMethodology，RSM)是一可決定與描述由於碳纖維複合材料具有高比強度、高衝擊強度、高輸入控制變數和真實輸出反應的二維或三維曲面技術方設計自由度

3、及高耐蝕性等優異的機械性質，因此廣泛被應法。此法精確有效與否，端賴整個實驗過程的小心規劃與用在航太、電子、汽車與運動器材等用途上。此外，在傳執行。統的二次加工中，鑽削約佔所有材料移除加工的40%，是依據上述文獻之論述，本研究將探討以延伸為徑向分經常會被利用的切削方法之一[1]。然而碳纖維複合材料佈之燭心鑽鑽削的負載形式，對碳纖維複合材料鑽削推力之異方向性與纖維磨耗特性，於鑽削碳纖維複合材料時，研究。採用田口方法品質工程試驗來進行鑽削參數對碳纖容易造成微裂縫(Microcracking)、脫層(Delamination)、毛維複合材料鑽削推力的分析與探討，並藉由反應曲面法，

4、邊(Burr)、膨潤(Swelling)、劈裂(Splintering)及纖維突起建構重要輸入參數於鑽削推力預測模型與輪廓圖繪製，最(FiberPullout)等缺陷產生。其中脫層是最困擾與難避免的後再進行確認實驗，以驗證結果之準確性。問題，因為脫層將大幅的降低複合材料的勁度及對負載所承受的能力。Tagliaferri等人研究鑽孔參數對玻璃纖維強II.反應曲面法(RSM)化(GlassFiberReinforcedPlastics，GFRP)複合材料機械性BoxandDraper首先利用RSM建立實驗的擬合模型質的影響，發現鑽孔速度與進給量對其有相當的程度影響(Fitti

5、ngModel)[20]。而RSM係利用統計的實驗設計技術與[2]。最小平方法(LeastSquaresEstimation,LSE)配適迴歸模型，諸多研究指出，鑽頭的鑽削推力是造成複合材料層板以找出一個適當近似的函數，來了解獨立變數(輸入變數)在出口處脫層的重要因素[3-4]。並且在實驗上也證實存在與反應變數(輸出變數)之間的關係強弱。一般說來，在大一臨界值，當鑽頭的鑽削推力超過該複合材料的臨界值多數的RSM問題中，介於獨立變數與反應變數之間的關係時，則脫層已經發生。同時在有關於FRP(Fiber型式是未知的。然二階多項式反應曲面的數學模式，常被ReinforcedPl

6、astics)之鑽孔加工研究指出，高進給率、層板用來分析單一獨立變數，及二個獨立變數間之交互作用不內部強度差、刀具磨耗或較大之鑽尖角，均是造成FRP同的反應準則。而二階多項式反應曲面的數學模式，可表脫層發生的原因[5-8]。Wu等人使用多面鑽(Multifacet示如下：Drill)以降低鑽頭所產生之鑽削推力[9]。Mathew等人利用nn環鋸(Trepanning)鑽削單方向複合材料，以預測避免脫層Y=b+∑bX+∑bX2+∑bXX+ε(1)oiiiiiiijij發生之臨界鑽削推力與進給速率[10]。Piquet等人亦利用i=1i=1i

7、，以觀察其與麻花鑽損其中Y是反應變數，X是獨立變數，X2與XX分別是iiiij壞之差異[11]。除此之外，燭心鑽(CandleStickDrill)也被獨立變數的平方與交互作用項，b,b,b與b則是以最應用在木板材料的鑽削，主要是燭心鑽的鑿刃長度較麻花oiijii鑽小，且燭心鑽的鑿刃兼具有定位的功能；同時，燭心鑽小平方法估計的未知係數，而ε為反應變數的誤差(或實外緣切刃部份於鑽削材料時，會迫使材料處在壓縮驗誤差)。(Compression)的狀態，以避免裂紋會沿著孔邊外緣傳遞出去。III.田口方法其中，f為進給速率(mm/re